O objetivo deste trabalho é analisar materiais piezelétricos compósitos com conectividade 1-3 e 2-2 para aplicações em transdutores de ultra-som na faixa de MHz utilizando modelos matemáticos e verificações experimentais. O estudo de um material piezelétrico compósito pode ser feito através de seus três principais tipos de modos de vibração: modo planar, modo de espessura e modo lateral. Neste trabalho, é utilizado o método dos elementos finitos para modelar os modos planares, de espessura e laterais de um compósito, e modelos analíticos para modelar o modo de espessura e o modo lateral. A modelagem do modo de espessura de um transdutor de ultra-som é feita a partir de um modelo analítico unidimensional. A modelagem unidimensional de um transdutor de ultra-som é feita através do cálculo das propriedades efetivas do material piezelétrico compósito. Essas propriedades são utilizadas no modelo da matriz distribuída para prever a impedância elétrica de um compósito e a resposta impulsiva de um transdutor de ultra-som. Com o objetivo de validar os modelos, foram construídos um material piezelétrico compósito com conectividade 1-3 e outro com conectividade 2-2 através da técnica “dice-and-fill”, utilizando cerâmica de PZT-5A e resina epóxi. O compósito com conectividade 1-3 foi utilizado na construção de um transdutor de ultra-som. Os resultados teóricos da impedância elétrica e da resposta impulsiva são comparados com os obtidos experimentalmente. A impedância elétrica experimental é obtida através de um analisador de impedâncias, enquanto que a resposta impulsiva experimental do eco do transdutor é medida acoplando o protótipo do transdutor a um tarugo de acrílico. Devido à periodicidade do compósito foi feito um estudo teórico da propagação de ondas mecânicas em meios periódicos, mostrando que existem determinadas faixas de freqüências que não se propagam no material. Foi verificado que esta periodicidade é responsável pela diminuição das amplitudes dos modos radiais de um material piezelétrico compósito quando comparados com os modos radiais de um disco de cerâmica piezelétrica. Também foram feitos ensaios em tanque de imersão para determinar as propriedades mecânicas de amostras de epóxi e amostras de tungstênio e epóxi em função da fração de volume de tungstênio na amostra. / The objective of this work is to analyze piezoelectric composite materials with 1-3 and 2-2 connectivity for applications in ultrasonic transducers in the megahertz frequency range. The analysis is done through mathematical models and experimental validation. The analysis of piezoelectric composite materials can be done through the study of its three main vibrational modes: planar mode, thickness mode, and the lateral mode. In this work, it is used the Finite Element Method to model the planar, thickness and the lateral modes of the composite, and it is used analytical models to model the thickness and the lateral modes. The modeling of the thickness mode of an ultrasonic transducer is obtained through an unidimensional analytical model. The unidimensional modeling of the transducer is done by calculating the effective properties of the piezoelectric composite material. The effective properties are used in a distributed matrix model to calculate the electrical impedance of the composite and the impulse response of an ultrasonic transducer. To validate the models, a 1-3 and a 2-2 piezoelectric composite were built using the “dice-and-fill” technique. These composite were constructed using a piezoelectric ceramic of PZT-5A and epoxy. The piezoelectric composite with 1-3 connectivity was used in the fabrication of an ultrasonic transducer. The theoretical results of the electrical impedance and the impulse response are compared with the experimental results. The experimental electrical impedance is measured by using an impedance analyzer, and the experimental impulse response is measured by coupling the ultrasonic transducer prototype to an acrylic block. Due to the periodicity of the composite, it was analyzed the behaviour of mechanical waves in periodic media, showing that there are frequency ranges that the waves cannot propagate. It was verified that the periodicity is responsible for the suppression of the radial modes in a piezoelectric composite when compared with the radial modes of a disk of piezoelectric ceramic. It is also conducted measurements in a water filled tank to determine the mechanical properties of samples of epoxy, and Tungsten/epoxy composites as a function of the volume fraction of Tungsten.

The employment of composite materials in the aerospace industry has been gradually considered due to the fundamental lightweight and strength characteristics that these type of materials offer. The science material and technological progress that has been reached, matches perfectly with the requirements for high-performance materials in aircraft and aerospace structures, thus, the development of primary structure elements applying composite materials became something very convenient. It is extremely important to pay attention to the failure modes that influence composite materials performances, since, these failures lead to a loss of stiffness and strength of the laminate. Delamination is a failure mode present in most of the damaged structures and can be ruinous, considering that, the evolution of interlaminar defects can carry the structure to a total failure followed by its collapse. Different techniques are usually adopted to accurately predict the behavior of damaged structures but, due to the complex nature of failure phenomena, there is not an established pattern. The present research project aims to develop a delamination propagation model to estimate a progressive interlaminar delamination failure in laminated composite materials and to allow the prediction of material\'s degradation due to the delamination phenomenon. Experimental tests assisted by ASTM Standards were performed to determine material\'s parameter, like the strain energy release rate, using GFRPs laminated composites. The delamination propagation model proposed was implemented as subroutines in FORTRAN language (UMAT-User Material Subroutine) with formulations based on the Fracture Mechanics. Finally, the model was compiled beside with the commercial Finite Element program ABAQUSTM. / O emprego de materiais compósitos na indústria aeroespacial tem sido gradualmente utilizado devido às suas características fundamentais, como peso leve e alta rigidez, que este tipo de material oferece. Tanto a ciência do material como o desenvolvimento tecnológico que se tem logrado, possibilitaram que estes materiais cumprissem com os requisitos de desempenho para aplicações em estruturas aeronáuticas e aeroespaciais, por tanto, o desenvolvimento de elementos de estruturas primárias usando materiais compósitos, passou a ser muito conveniente. É de extrema importância prestar atenção aos modos de falha que comprometem a performance dos materiais compósitos, uma vez que, estas falhas levam a uma perda de resistência e rigidez do laminado. A delaminação é um modo de falha presente na maioria de estruturas danificadas e pode ser desastroso, considerando que, a evolução dos defeitos interlaminares podem levar a estrutura a falhar seguido pelo colapso estructural. Diferentes técnicas são geralmente adotadas para prever, de maneira correta, o comportamento de estruturas danificadas, porém, devido à natureza complexa do fenômeno de falha, não existe um padrão estabelecido. O presente trabalho de pesquisa visa desenvolver um modelo de delaminação e de propagação da delaminação para estimar a evolução da falha interlaminar em materiais compósitos laminados e permitir a predição do comportamento do material com a evolução da delaminação. Ensaios experimentais auxiliados por normas ASTM foram realizados para determinar parâmetros do material, tais como, as taxas de liberação de energia de deformação, usando materiais compósitos laminados de matriz polimérica reforçada com fibra de vidro. O modelo de propagação da delaminação proposto, foi implementado como uma sub-rotina em linguagem FORTRAN (UMAT – User Material) com formulações baseadas na Mecânica da Fratura. Finalmente, o modelo foi compilado com o software comercial de Elementos Finitos, ABAQUSTM.

Com desenvolvimento significativo da indústria aeronáutica, naval e automotiva a partir de 1960, houve a necessidade de diminuir peso, juntamente com a melhora de propriedades como resistência mecânica, controle de vibrações, aumento de resistência a agentes químicos, etc. É neste contexto que surgem os materiais compostos por laminados modernos, utilizados como uma primeira tentativa para projetar novos materiais a partir da combinação em escala macroscópica de duas ou mais matérias simples. Juntamente com o desenvolvimento de materiais de alto desempenho, obtidos por empilhamento de compostos laminados, tornou-se necessário o desenvolvimento de novas teorias capazes de modelar adequadamente as tensões cisalhantes responsáveis pelos acoplamentos interlaminares. Neste sentido as novas teorias aplicadas a modelos macro mecânicos, como, a FSDT (First shear deformation theory) e as teorias cinemáticas cúbicas TSDT (Third shear deformation theory), são as mais adequadas para prescrever o comportamento anisotrópico severo e falhas por delaminação do que a teoria clássica da laminação (TCL) inicialmente desenvolvida para abordar este tipo de problemas. A utilização destas teorias chamadas de alta ordem remonta dos anos oitenta e há inúmeros trabalhos publicados em problemas de placas retangulares e cascas sem restrições cinemáticas ao deslocamento. A partir do exposto este trabalho traz estudos de problemas estáticos de placas circulares e cascas de revolução ortotrópicas obtidas por material composto por laminados. Os modelos numéricos são obtidos utilizando o método de elementos finitos (MEF) com elementos lagrangeanos de alta ordem do tipo ( 0C ) juntamente com as teorias cinemáticas de primeira ordem FSDT (Reissner-Mindlin) e teorias de cinemática cúbica TSDT propostas por Reddy (1984) e Kant et al. (1982). Os estudos apresentados neste trabalho trazem o desempenho das teorias supracitadas na abordagem de problemas como: travamento de cisalhamento e membrana; fenômenos de camada limite e capacidade de aproximar soluções em deslocamento de modelos numéricos tridimensionais. Dentro deste contexto será utilizado para uma das análises um problema motivador que consiste de um reservatório cilíndrico submetido a pressões elevadas. Os resultados apresentados concordam com os exemplos benchmarking trazidos no desenvolvimento do trabalho, representando suas características. / With significant development of the aeronautical, naval and automotive industry from 1960, there was a need to reduce weight, along with the improvement of properties such as mechanical resistance, vibration control, increased resistance to chemical agents, etc. It is in this context that the materials composed of modern laminates appear, used as a first attempt to design new materials from the combination on a macroscopic scale of two or more simple materials. Along with the development of high performance materials obtained by stacking laminated compounds, it became necessary to develop new theories capable of adequately modeling the shear stresses responsible for interlaminar couplings. In this sense, the new theories applied to macro mechanical models, such as the First Shear Deformation Theory (FSDT) and the TSDT (Third Shear Deformation Theory) cubic kinetic theories, are the most appropriate to prescribe severe anisotropic behavior and delamination failures The classical lamination theory (TCL) initially developed to address this type of problem. The use of these so-called high-order theories dates back to the 1980s and there are numerous published works on problems of rectangular plates and shells without kinematic restrictions on displacement. From the above, this work presents studies of static problems of circular plates and orthotropic shells obtained by material composed of laminates. Numerical models are obtained using the Finite Element Method (MEF) with high-order lagrangean elements of type ( 0 C ) along with the first-order kinematic theories FSDT (Reissner-Mindlin) and TSDT cubic kinematics theories proposed by Reddy (1984) and Kant et al. (1982). The studies presented in this work bring the performance of the aforementioned theories in the approach of problems such as: shear locking and membrane; Boundary layer phenomena and the ability to approximate solutions in displacement of three-dimensional numerical models. Within this context, a motivating problem consisting of a cylindrical reservoir subjected to high pressures will be used for one of the analyzes. The presented results agree with the benchmarking examples brought in the development of the work, representing its characteristics

A moldagem por transferência de resina (RTM) consiste em um técnica de moldagem largamente empregada na indústria automotiva para obtenção de compósitos com elevadas propriedades específicas. Este trabalho tem por objetivo a obtenção de compósitos de alto desempenho obtidos a partir de resina éster vinílica reforçados por 4, 5 e 6 mantas de tecido de aramida (Kevlar 29) e caracteriza-los por ensaios de resistência à flexão, impacto, tração e cisalhamento interlaminar, densidade, volume de fibras e vazios, análise térmica dinâmicomecânica (DMTA), ensaio de compressão dinâmico a altas taxas de deformação utilizando a Barra Hopkinson Bi-Partida e impacto balístico. O tecido de aramida foi caracterizado por teor de umidade, TGA, FTIR e FEG-SEM. Durante a etapa de moldagem observou-se que o aumento do teor de fibras conferiu maior resistência ao fluxo de resina sobre o reforço, dificultando a molhabilidade das fibras mais distantes ao ponto de infeção, confirmado pelo teor de vazios de até 7%, nas bordas dos compósitos avaliados. De modo geral aumento do teor de reforço promoveu aumento das propriedades mecânicas. O compósito com 6 mantas de aramida (AD6) apresentou resistência ao impacto de 327 kJ/m², resistência a tração de 503 MPa, e resistência a flexão de 197 MPa. O aumento do teor de reforço resultou em melhores propriedades dinâmicas mecânicas, confirmadas pelo aumento do módulo de perda e de armazenamento e redução da altura do pico de tan delta. No ensaio de impacto Hopkinson o compósito AD6 apresentou maior tenacidade e tensão máxima. Devido às melhores propriedades mecânicas o compósito AD6 foi submetido ao impacto balístico, apresentando V50 de 302 m/s enquadrando-se no nível I de proteção balística. Tais resultados demostram que o RTM pode ser uma técnica promissora para confecção de compósitos a serem incorporados em blindagens multicomponentes. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior. / The resin transfer molding (RTM) consists of a molding technique widely used in the automotive industry to obtain composites with high specific properties. This work aims to obtain high performance composites made with vinyl ester resin reinforced by 4, 5 and 6 aramid fabric (Kevlar 29) and characterize them by tests of flexural strength, impact resistance, tensile strength and interlaminar shear strength, density, fiber volume and voids, dynamic-mechanical thermal analysis (DMTA), dynamic compression at high shear rates using the Hopkinson Bi-Splice Bar and Ballistic Impact. Aramid tissue was characterized by moisture content, TGA, FTIR and FEG-SEM. During the molding step it was observed that the increase of fiber content increased the resistance to the resin flow through reinforcement, making it difficult to wet the fibers more distant to the injection point, confirmed by the voids content, that was up to 7%, in the edges of the evaluated composites. In general, the increase in the reinforcement content increased the mechanical properties of composite. The composite with 6 aramid fabrics (AD6) had impact strength of 327 kJ / m², tensile strength of 503 MPa, and flexural strength of 197 MPa. The increase in the reinforcement content resulted in better mechanical dynamics properties, confirmed by the increase of the modulus of loss and storage and reduction of the height of the delta peak. In the Hopkinson impact test the AD6 composite presented higher tenacity and maximum stress. Due to the best mechanical properties, the AD6 composite was subjected to ballistic impact, presenting a V50 of 302 m/s and a level I of ballistic protection. These results show that RTM can be a promising technique to produce composites to be incorporated into multicomponent shields.

Orientadores: Éder Lima de Albuquerque, Paulo Sollero / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-17T22:45:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jesus_LuisJorgeMesquitade_M.pdf: 1796735 bytes, checksum: 6940006eed6b069648feb5d4a3761d3f (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho apresenta uma formulação do método dos elementos de contorno para o cálculo de deslocamentos em cascas abatidas de materiais compósitos laminados simétricos. A formulação desenvolvida baseia-se no acoplamento da formulação de elasticidade plana (formulação de membrana) e da formulação de placas finas (placas de Kirchhoff ou teoria clássica de placas). Os efeitos da curvatura são considerados como forças de corpo nas duas formulações, gerando integrais de domínio. Ambas as formulações utilizam soluções fundamentais da elasto-estática. As integrais de domínio provenientes de forças de corpo são transformadas em integrais de contorno usando o método da integração radial (MIR). No MIR duas funções de base radiais são usadas como funções de aproximação nas integrais de domínio ou de força de corpo, neste trabalho. O uso do MIR propicia que apenas o contorno seja discretizado. É feita uma análise da sensibilidade do MIR em relação ao número de pontos de integração. Os resultados numéricos apresentaram boa concordância com os resultados disponíveis na literatura / Abstract: This work presents a formulation of the boundary element method for the analysis of symmetric laminated composite shallow shells. The formulation developed in this work is based on the coupling of plane elasticity formulation (membrane formulation) and thin plate formulation (Kirchhoff plates or classical theory of plates). Curvature effects are considered as body forces in the formulation, generating domain integrals. Both formulations use elastostatic fundamental solutions. Domain integrals that come from body forces are transformed into boundary integrals using the radial integration method (RIM). In the RIM two radial basis functions are used as approximation functions in the domain integrals or body forces, in this research. The use of RIM propitiates just the boundary be discretized. It is analysed the sensibility of the RIM with the number of integration points. Numerical results show good agreement with results available in literature / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Paulo Sollero / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-18T01:30:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MaulerNeto_Martim_M.pdf: 3658926 bytes, checksum: 5af8623a52c25a0cdc8290fd6bac9bcb (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O objetivo deste trabalho é desenvolver uma ferramenta computacional para a análise dinâmica de chapas trincadas com reparos de material compósito colados. O método numérico a ser empregado para a modelagem do problema de mecânica da fratura da chapa, é o Método Dual de Elementos de Contorno (DMEC), que permite modelar a chapa em uma única região aplicando uma equação integral de deslocamentos em uma das faces da trinca, e uma equação integral de forças de superfície na outra face da trinca. As forças de corpo devido às massas da chapa e do reparo sob solicitação dinâmica serão modeladas através da técnica do Método de Dupla Reciprocidade de Elementos de Contorno (DRMEC), que permite a utilização de soluções fundamentais da elastoestática para a análise de problemas da elastodinâmica. O acoplamento entre a chapa metálica isotrópica e a chapa de laminado compósito anisotrópico, será modelado pela técnica do DRMEC para a análise de esforços devidos ao cisalhamento no adesivo. A tensão de cisalhamento no adesivo será calculada pela diferença de deslocamentos entre a chapa metálica e o compósito. Os efeitos dinâmicos de intensidade de tensão serão calculados por técnicas baseadas no deslocamento relativo das faces da trinca e por integrais de energia de domínio (EDI) / Abstract: The aim of this paper is to present the formulation and matrix implementation of a dynamic analysis of cracked sheets repaired with adhesively bonded composite patches. The numerical method that is used for modelling the problem of fracture mechanics is the dual boundary elements method (DBEM), which allows the modelling of a cracked sheet in a single region. This method uses a displacement integral equation in one of the sides of the crack surface and a traction integral equation in the other side of the crack surface. The body forces, due to the inertial effects of the sheet and the repair, and the interaction effect between the sheet and the anisotropic patch, are modelled using the dual reciprocity boundary elements method (DRBEM) technique, which allows the use of fundamental solutions from the elastostatics into problems of elastodynamics. The coupling between the isotropic metallic sheet and the anisotropic composite repair is modelled by the DBEM technique, in order to obtain the shear stress distribution in the adhesive layer. The shear stresses in the adhesive layer are obtained by the difference of nodal displacements between the sheet and the repair. The dynamic effects on the stress intensity factors are calculated by techniques based on the relative displacement of the crack faces and energy domain integration (EDI) / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Éder Lima de Albuquerque, Paulo Sollero / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-18T02:19:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Costa_DalmoInacioGaldez_M.pdf: 3179090 bytes, checksum: f6b34ccc066d8fce60ff5c85c8db1acd (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho apresenta uma análise da falha de laminados de materiais compósitos através de critérios baseados em fenômenos físicos. Formulações de elasticidade plana anisotrópica do Método dos Elementos de Contorno (MEC) e suas respectivas soluções fundamentais foram utilizados para calcular as deformações e as tensões no contorno e no domínio de cada uma das lâminas que formam o laminado. Os envelopes de falha do critério LaRC03 foram reproduzidos e comparados com os envelopes de falha dos critérios de Puck e Tsai-Wu. A variação da resistência longitudinal de uma lâmina com o ângulo de orientação das fibras foi analisada. Uma vez que as tensões foram previamente calculadas com o MEC, o critério LaRC03 foi utilizado para avaliar se há algum dano no laminado. O modo de falha também é analisado e os resultados discutidos. Os resultados para alguns problemas são apresentados e discutidos / Abstract: This work presents a formulation of failure of laminated composite materials using a criterion based on physical phenomena. The Boundary Element Method (BEM) for anisotropic plane elasticity and its respective fundamental solutions were used to compute strains and stresses at the boundary and in the domain of each of the laminae forming the laminated. The LaRC03 failure criterion envelope was reproducted and compared with Puck's and Tsai-Wu's failure criteria as well as the longitudinal strength variation of laminae with the fiber orientation angle. Since the stresses were previously computed with BEM, the LaRC03 criterion was used to evaluate if there is any damage in the laminated. Furthermore, failure modes are observed and results were discussed. Results to some problems are presented and discussed / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Paulo Sollero / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-07T00:33:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hoefel_SimonedosSantos_D.pdf: 926109 bytes, checksum: 6968cbf6729fc86ee69728a2e4739116 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho é desenvolvida uma formulação do método dos elementos de contorno para análise de estruturas formadas pela associação espacial de placas de laminados compósitos. Inicialmente, as formulações do método dos elementos de contorno, desenvolvida para pro­blemas de elasticidade plana e de flexão em placas finas para materiais anisotrópicos, são as­sociadas obtendo-se uma estrutura plana, denominada macro-elemento. Um macro-elemento contém simultaneamente os estados de flexão em placas finas e extensão (chapa) e possui quatro graus de liberdade por nó, sendo eles: deslocamento normal, tangencial e transver­sal e rotação normal. O modelo final assume uma associação desses macro-elementos no espaço. Cada macro-elemento é tratado como uma sub-região do MEC. As equações de cada sub-região, após as transformações de coordenadas, são acopladas através de equações de equilíbrio e compatibilidade. O tratamento numérico é feito através do método dos elemen­tos de contorno usando elementos constantes e quadráticos. Com o objetivo de validar a formulação desenvolvida, vários exemplos numéricos são analisados, os resultados obtidos são comparados com resultados analíticos e numéricos disponíveis na literatura / Abstract: In this work a boundary element formulation is developed for the analysis of structures formed by three-dimensional association of symmetric laminated composite plates. Initially, the boundary element formulations developed for plane elasticity anisotropic problems and bending of anisotropic thin plate problems are associated in one plane structure with four degrees of freedom per node given by normal, tangential and transverse displacements and normal rotations. Then, the formulation is extended in order to allow the plane assembling of these structures. In the two-dimensional formulation, each plane element is defined as macro­element containing out-of-plane (bending) and in plane (stretching) degrees of freedom. The final system is obtained by assuming each individual plane structural element as a sub-­domain. After the necessary transformation of these equations, they can be combined in order to take into account displacement compatibilities and traction equilibrium conditions. The numerical treatment is carried out by the direct boundary element method. Numerical examples are presented and their results are compared to results available in literature / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Maria Helena Robert / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T10:32:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_AdolfoCristovam_M.pdf: 8153058 bytes, checksum: 7c94d2b54a9d6b1f579a8cf9e08cacef (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Este trabalho apresenta o projeto e construção de um equipamento para a compofundição de ligas não ferrosas de médio ponto de fusão. O equipamento é constituído de um forno para a fusão e processamento do compo-fundido, com capacidade de aquecimento de até 1073K (800°C) e capacidade de carga de. 800g de AI, de um rotor provido de pás para promoção de agitação da liga durante a solidificação e sistema de refrigeração do lingote produzido. O trabalho descreve os diferentes constituintes do equipamento construído e apresenta resultados de seu comportamento mecânico, elétrico e térmico quando em operação. O trabalho apresenta ainda resultados de produtos reofundidos e compo-fundidos obtidos no equipamento construido. O equipamento mostrou-se eficiente na obtenção de pastas reofundidas da liga Al-3, 4Si-2,8Cu e de compósitos desta liga reforçada com 1,25 e 2,5% em peso de grafite ou negro de fumo na forma de pós. As condições utilizadas foram: velocidade de agitação de 800 a 1000 rpm, temperatura de processamento de 853K (580°C), pré-agitação para homogenização do material de 3 minutos e agitação com adição de reforço de 5 minutos. O reofundido obtido apresentou fase sólida perfeitamente globularizada e os compósitos obtidos apresentaram boa incorporação e dispersão dos reforços adicionados. O equipamento, portanto, mostrou-se adequado à compo-fundição / Abstract: This work presents the development of an equipment for compo-casting of medium melting point non ferrous alloys. The equipment holds a melting and processing fumace, with heating capacity of 1073K(800º C)and mass capacity of 800g Al, stirring device and cooling coil. The work describes the cornponents of such equipment and presents results concerning its performance during operation. The work also presents results concerning its suitability to produce rheocast slurries and composites. Results showed that the equiprnent is efficient in producing Al-3, 4Si-3Cu rheocastig slurries as well as composites with graphite or carbonblack as reinforcement. Conditions used are as follows: stirring speed 800-1000 rprns, stirring temperature 853 K (580º C), total stirring time Smim and amount of reinforcement 1,25 and 2,50%wt. Obtained rheocast slurries showed globularized solid phase and obtained composites showed good incorporation and dispersion of reinforcernent for both carbon-black and graphite. Therefore, the equiprnent is appropriate for compo-casting / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Rubens Caram Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-26T07:16:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Milenkovic_Srdjan_M.pdf: 7759506 bytes, checksum: e1492d0856f1de4a630a9c9f4d06a4dc (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: A busca por materiais estruturais para aplicações em temperaturas elevadas tem estimulado o interesse por ligas eutéticas. Em diversos sistemas, a estrutura eutética exibe estabilidade térmica inerente e pennite obter um material compósito, com microestrutura alinhada e finamente dispersa, diretamente do fundido através da solidificação direcional. Portanto, a solidificação direcional de ligas eutéticas constitui-se em uma ferramenta atraente para produzir uma gama de materiais compósitos, evitando as operações complexas associadas às altas temperaturas envolvidas. O presente trabalho abrangeu a investigação de liga eutética Ni-Si localizada na parcela rica em Ni do diagrama de fase Ni-Si. A elaboração do presente trabalho teve como objetivo principal a investigação da microestrutura de solidificação e as características de morfologia no tocante às condições de solidificação. A caracterização das amostras, além da microscopia óptica e eletrônica de varredura, incluiu o emprego das técnicas de análise ténnica, de difração de raios-X, de espectroscopia por dispersão de energia, bem como ensaios mecânicos. Os resultados obtidos indicam que a solidificação direcional do eutético Ni-Nh Si resulta em uma microestrutura lamelar bem alinhada, sem presença de dendritas ou colônias eutéticas. Além disso, a relação quantitativa entre o espaçamento lamelar e taxa de solidificação foi estabelecida. Os ensaios mecânicos mostraram que um material compósito de alta resistência mecânica e ductilidade razoável foi obtido. Finalmente, constatou-se que apesar da presença de uma fase intermetálica, uma estrutura com alta regularidade foi obtida / Abstract: The search for new high-temperature structural materiaIs has stimulated much interest in eutectic alloys. The eutectic microstructure of many systems posses inherent termal stability and it may result in a composite material, with an aligned, finely dispersed microstructure directly from the melt by directional solidification. Thus, the directional solidification of the eutectic alloys constitutes an attractive mean of producing a variety of composite materials avoiding many of the complex processing operations. The present work is concemed with investigation of the Ni-Si eutectic alloys from the Ni-rich part of the Ni-Si phase diagram. The basic aim was to study the solidification microstructure and morphology characteristics regarding the solidification conditions. The characterization included optical and scanning electron microscopy, thermal analasys, X-ray diffraction, energy dispersive spectometry and mechanical testing. The results obtained indicate that the Ni-NhSi eutectic is characterised by cell and dendrite-free and well-aligned lamellar structure on a micron scale. In addition, the scaling laws of the variation in lamellar spacing with growth rate are quantitatively developed. Mechanical testing showed that the high-strength composite material with a moderate ductility was developed. Finally, despite the presence of an intermetallic phase, highly regular structure was obtained. / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica